Новый метод позволяет выявить идентичность и активность клеток во всем органе или опухоли с беспрецедентным разрешением, говорится в исследовании, проведенном под руководством ученых из Weill Cornell Medicine, NewYork-Presbyterian и Нью-Йоркского геномного центра.

Метод, описанный 2 января в статье в журнале Nature Biotechnology, позволяет регистрировать активность генов и наличие ключевых белков в клетках в образцах тканей, сохраняя при этом информацию о точном местоположении клеток. Это позволяет создавать сложные, богатые данными "карты" органов, включая больные органы и опухоли, которые могут быть широко полезны в фундаментальных и клинических исследованиях.

"Эта технология очень интересна, потому что она позволяет нам составить карту пространственной организации тканей, включая типы клеток, их активность и межклеточные взаимодействия, как никогда ранее", - сказал соавтор исследования д-р Дэн Ландау, доцент медицины в отделении гематологии и медицинской онкологии, член Онкологического центра Сандры и Эдварда Мейер в Weill Cornell Medicine и член основного факультета Нью-Йоркского геномного центра.

Другим со-старшим автором был доктор Марлон Стоекиус из 10x Genomics, калифорнийской биотехнологической компании, которая производит лабораторное оборудование для профилирования клеток в образцах тканей. Тремя соавторами первой работы были д-р Нир Бен-Четрит, Сян Ниу и Ариэль Свэтт, соответственно, постдокторант, аспирант и научный техник в лаборатории Ландау во время исследования.

Новый метод является частью широких усилий ученых и инженеров по разработке лучших способов "увидеть" в микромасштабе, как работают органы и ткани. В последние годы исследователи добились больших успехов, в частности, в технике профилирования активности генов и других слоев информации в отдельных клетках или небольших группах клеток. Однако эти методы, как правило, требуют растворения тканей и отделения клеток от их соседей, поэтому информация о первоначальном расположении профилируемых клеток в тканях теряется. Новый метод позволяет получить и пространственную информацию, причем с высоким разрешением.

Метод, получивший название Spatial PrOtein and Transcriptome Sequencing (SPOTS), частично основан на существующей технологии 10x Genomics. В нем используются стеклянные предметные стекла, которые подходят для визуализации образцов тканей с помощью обычных патологоанатомических микроскопов, но при этом покрыты тысячами специальных молекул-зондов. Каждая из молекул зонда содержит молекулярный "штрих-код", обозначающий ее двумерное положение на предметном стекле. Когда тонко нарезанный образец ткани помещают на предметное стекло и делают его клетки проницаемыми, молекулы зонда на предметном стекле захватывают мессенджерные РНК (мРНК) соседних клеток, которые, по сути, являются транскриптами активных генов. Метод включает использование дизайнерских антител, которые связываются с интересующими белками в ткани, а также связываются со специальными молекулами-зондами. С помощью быстрых автоматизированных методов исследователи могут идентифицировать захваченные мРНК и выбранные белки и нанести их на карту в точном соответствии с их первоначальным расположением в образце ткани. Полученные карты можно рассматривать отдельно или сравнивать со стандартным патологоанатомическим изображением образца.

Команда продемонстрировала SPOTS на ткани нормальной селезенки мыши, показав сложную функциональную архитектуру этого органа, включая скопления различных типов клеток, их функциональные состояния и то, как эти состояния меняются в зависимости от расположения клеток.

Подчеркивая потенциал SPOTS в исследовании рака, исследователи также использовали его для составления карты клеточной организации опухоли молочной железы мыши. На полученной карте иммунные клетки, называемые макрофагами, находились в двух различных состояниях, обозначаемых белковыми маркерами: одно состояние было активным и боролось с опухолью, другое - иммуносупрессивным и формировало барьер для защиты опухоли.

"Мы увидели, что эти два подмножества макрофагов находятся в разных областях опухоли и взаимодействуют с разными клетками - и эти различия в микроокружении, вероятно, определяют их различные состояния активности", - сказал доктор Ландау, который также является онкологом в медицинском центре NewYork-Presbyterian/Weill Cornell.

"Такие детали иммунной среды опухоли - детали, которые часто невозможно определить из-за малочисленности иммунных клеток в опухоли - могут помочь объяснить, почему некоторые пациенты отвечают на иммуноукрепляющую терапию, а некоторые нет, и, таким образом, могут помочь в разработке будущих иммунотерапий", - добавил он.

"Эта первоначальная версия SPOTS имеет такое пространственное разрешение, что каждый "пиксель" полученного набора данных суммирует информацию о генной активности по крайней мере нескольких клеток. Однако исследователи надеются вскоре сузить это разрешение до отдельных клеток, добавив при этом другие слои ключевой клеточной информации", - сказал д-р Ландау.